TWI710787B - 應用飛行載具之空氣品質數據映射系統及其方法 - Google Patents
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Abstract
一種應用飛行載具之空氣品質數據映射系統及其方法,係於至少一個飛行載具飛行過程中,進行收集該飛行載具周圍的空氣品質數據並回傳至一後台伺服設備,而該飛行載具或/及後台伺服設備能夠將偵測之空氣品質數據進行邊緣演算,並依據邊緣演算結果進行改變該飛行載具之飛行路徑,而該飛行載具能夠持續依據改變之飛行路徑進行收集新的空氣品質數據並進行回傳,最後再由該後台伺服設備將持續收集之空氣品質數據或/及透過空氣品質數據進行統計或轉換之資料顯示於一網頁地圖介面上。
Description
本發明是有關一種應用飛行載具之空氣品質數據映射系統及其方法,特別是一種能夠透過飛行載具收集空氣品質數據並將其顯示於網頁地圖介面上的數據映射系統及其方法。
空氣中充滿許多不可見的灰塵與污染物,其中細小懸浮微粒如:PM2.5及PM1.0,由人體吸入後可能會進入喉嚨、附著於人體呼吸系統或進入血管中隨著血液循環等風險,而導致人體器官造成影響與病變。
近年來,空氣污染議題愈加受到重視,官方環保單位在各地區設有空污測站以監測空氣汙染情形且將監測數據收集比對與校正後,並於官網上公布空氣污染之資訊,而大眾能由官方公布之資訊了解大區域性的空氣品質,但無法得知目前所處的地點或較小區域性的空氣污染資訊。
因此,若能夠搭配飛行載具進行區域性偵測空汙狀態,並能夠結合網頁地圖介面(例如google map或百度地圖)進行顯示某一地區區域的空汙數據,如此將能夠針對特殊區域進行有效的監測,並能夠將資訊視覺化以讓使用者能夠清晰了解該區域的空汙情況,因此本發明應為一最佳解決方案。
本發明應用飛行載具之空氣品質數據映射系統,係包含:至少一個飛行載具,係包含一微控制器,係能夠依據一個以上的座標數據進行改變該飛行載具之飛行路徑,以使該飛行載具能夠於一立體空間範圍內進行飛行;至少一個環境監測感測器,係與該微控制器電性連接,而該環境監測感測器用以監測所有座標數據的空氣品質數據;一網路連線單元,係與該微控制器電性連接,而該網路連線單元係用以透過一網路連線方式進行資料傳輸,以將該飛行載具之飛行路徑所收集的空氣品質數據傳送出去;一後台伺服設備,係能夠與該飛行載具連線,而該後台伺服設備係包含一資料傳輸單元,用以接收該飛行載具所偵測之空氣品質數據;一矩陣建構單元,係與該資料傳輸單元相連接,用以將該飛行載具改變之飛行路徑的座標數據建構出一立體矩陣,並透過該飛行載具取得該立體矩陣範圍內之座標數據的空氣品質數據;一網頁地圖框架擷取單元,係與該資料傳輸單元相連接,用以於一外部地圖網頁中將該飛行載具之飛行路徑相關的網頁地圖介面擷取出來;以及一資訊視覺化設定單元,係與該資料傳輸單元、該矩陣建構單元及該網頁地圖框架擷取單元相連接,用以將該立體矩陣、空氣品質數據或/及透過空氣品質數據進行統計或轉換之資料該顯示於該網頁地圖介面上。
更具體的說,所述環境監測感測器所偵測之空氣品質數據係包含但不限於O3、CO、SO2、NO2、PM2.5、PM1.0、PM10、溫度、濕度或/及大氣壓力。
更具體的說,所述網路連線方式係包含但不限於行動網路連線、藍芽連線或/及WIFI連線。
更具體的說,所述矩陣建構單元所建構出之立體矩陣係包含多個
單一矩形,其中每個單一虛擬矩形之間的相差距離與相差高度能夠為相同或不相同,且每一個單一矩形係代表每一個座標數據。
更具體的說,所述後台伺服設備更包含有一污染源預測單元,該污染源預測單元係與該資料傳輸單元相連接,而該污染源預測單元更與一外部資料伺服設備相連接,且該污染源預測單元能夠透過空氣品質數據進行類神經網路訓練,並進一步預測污染源位置及污染源型態。
更具體的說,所述資訊視覺化設定單元能夠即時更新該網頁地圖介面上所顯示之空氣品質數據或/及透過空氣品質數據進行統計或轉換之資料。
更具體的說,所述資訊視覺化設定單元更能夠於該網頁地圖介面上顯示由至少一個外部環境伺服設備所取得之外部環境數據。
更具體的說,所述飛行載具之微控制器或/及該後台伺服設備能夠依據所偵測空氣品質數據進行邊緣演算、以使該飛行載具能夠於一立體空間範圍內進行飛行,並依據邊緣演算結果進行改變該飛行載具之飛行路徑,而該飛行載具能夠持續依據改變之飛行路徑進行收集新的空氣品質數據並回傳至該後台伺服設備。
更具體的說,所述飛行載具更包含有一與該微控制器電性連接之空氣幫浦裝置,而該空氣幫浦裝置能夠引入固定體積的空氣,並藉由該環境監測感測器進行偵測所引入之空氣中的各項數據,進而得出單位體積內的空氣污染程度。
一種應用飛行載具之空氣品質數據映射方法,其步驟為:(1)於至少一個飛行載具飛行過程中,進行收集該飛行載具周圍的空氣品質數據並回傳至一後台伺服設備;
(2)該飛行載具或/及該後台伺服設備能夠將偵測之空氣品質數據進行邊緣演算,並依據邊緣演算結果進行改變該飛行載具之飛行路徑,而該後台伺服設備能夠將該飛行載具改變之飛行路徑的座標數據建構出一立體矩陣;(3)該飛行載具能夠持續依據改變之飛行路徑進行收集新的空氣品質數據並回傳至該後台伺服設備;以及(4)之後,該後台伺服設備更能夠將該立體矩陣、持續收集之空氣品質數據或/及透過空氣品質數據進行統計或轉換之資料顯示於一網頁地圖介面上。
更具體的說,所述環境監測感測器所偵測之空氣品質數據係包含但不限於O3、CO、SO2、NO2、PM2.5、PM1.0、PM10、溫度、濕度或/及大氣壓力。
更具體的說,所述後台伺服設備更能夠透過空氣品質數據進行類神經網路訓練,並進一步預測污染源位置及污染源型態。
更具體的說,所述後台伺服設備能夠即時更新該網頁地圖介面上所顯示之空氣品質數據或/及透過空氣品質數據進行統計或轉換之資料。
更具體的說,所述網頁地圖介面上更能夠顯示由至少一個外部環境伺服設備所取得之外部環境數據。
1:飛行載具
11:微控制器
12:環境監測感測器
13:網路連線單元
14:空氣幫浦裝置
2:後台伺服設備
21:資料傳輸單元
22:矩陣建構單元
23:網頁地圖框架擷取單元
24:資訊視覺化設定單元
25:污染源預測單元
3:外部環境伺服設備
4:外部資料伺服設備
5:螢幕
[第1A圖]係本發明應用飛行載具之空氣品質數據映射系統及其方法之整體架構示意圖。
[第1B圖]係本發明應用飛行載具之空氣品質數據映射系統及其方法之飛行
載具之架構示意圖。
[第1C圖]係本發明應用飛行載具之空氣品質數據映射系統及其方法之後台伺服設備之架構示意圖。
[第2圖]係本發明應用飛行載具之空氣品質數據映射系統及其方法之流程示意圖。
[第3A圖]係本發明應用飛行載具之空氣品質數據映射系統及其方法之資訊視覺化實施示意圖。
[第3B圖]係本發明應用飛行載具之空氣品質數據映射系統及其方法之資訊視覺化實施示意圖。
[第3C圖]係本發明應用飛行載具之空氣品質數據映射系統及其方法之資訊視覺化實施示意圖。
有關於本發明其他技術內容、特點與功效,在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中,將可清楚的呈現。
請參閱第1A~1C圖,為本發明應用飛行載具之空氣品質數據映射系統及其方法之整體架構示意圖、飛行載具之架構示意圖及後台伺服設備之架構示意圖,由圖中可知,該應用飛行載具之空氣品質數據映射系統係包含有至少一個飛行載具1及一後台伺服設備2。
其中該飛行載具1係為無人機一類的可飛行機具,而該飛行載具1係包含一微控制器11、至少一個環境監測感測器12、一網路連線單元13(另外該飛行載具1亦能夠搭載至少一組的攝影鏡頭),該微控制器11係能夠依據一個以
上的座標數據進行改變該飛行載具1之飛行路徑,而該網路連線單元13用以透過一網路連線方式(包含但不限於行動網路連線、藍芽連線或/及WIFI連線)進行資料傳輸,以將該飛行載具1之飛行路徑所收集的空氣品質數據傳送出去;而該環境監測感測器12用以偵測取得該飛行載具周圍的空氣品質數據,該空氣品質數據係包含但不限於O3、CO、SO2、NO2、PM2.5、PM1.0、PM10、溫度、濕度或/及大氣壓力;該後台伺服設備2係包含一資料傳輸單元21、一矩陣建構單元22、一網頁地圖框架擷取單元23、一資訊視覺化設定單元24及一污染源預測單元25,其中該資料傳輸單元21用以接收該飛行載具1所偵測之空氣品質數據;而該矩陣建構單元22用以依據改變之座標數據進行運算出一立體矩陣,該立體矩陣係包含多個單一矩形,其中每個單一虛擬矩形之間的相差距離與相差高度能夠為相同或不相同,且每一個單一矩形係代表每一個座標數據;而該網頁地圖框架擷取單元23用以於一外部地圖網頁(例如google map或百度地圖)中將一對應於該飛行載具1之飛行路徑相關的網頁地圖介面擷取出來;而該資訊視覺化設定單元24則能夠將該立體矩陣、空氣品質數據或/及透過空氣品質數據進行統計或轉換之資料該顯示於該網頁地圖介面上,除了顯示由飛行載具1所偵測的資料之外,該資訊視覺化設定單元24更能夠於該網頁地圖介面上顯示由至少一個外部環境伺服設備3所取得之外部環境數據,另外該資訊視覺化設定單元24能夠即時更新該網頁地圖介面上所顯示之空氣品質數據、透過空氣品質數據進行統計或轉換之資料或/及外部環境數據;而該污染源預測單元25更與一外部資料伺服設備4相連接,且該污
染源預測單元25能夠透過空氣品質數據進行類神經網路訓練,並進一步預測污染源位置及污染源型態。
另外,能夠透過將一預設的飛行計畫以使該飛行載具1能夠進行運作,而當預設的飛行計畫途中偵測到較高的空汙指數時,該飛行載具1之微控制器11或/及該後台伺服設備2則能夠將較高的空汙指數之座標,開始進行邊緣演算以產生出多個要偵測的座標(立體矩陣),並依據邊緣演算結果進行改變該飛行載具1之飛行路徑、以使該飛行載具1能夠於一立體空間範圍內進行飛行,而該飛行載具能夠持續依據改變之飛行路徑進行收集新的空氣品質數據並回傳至該後台伺服設備2。
另外,該飛行載具1更包含有一與該微控制器11電性連接之空氣幫浦裝置14(Air pump),而該空氣幫浦裝置14上更具有氣口快門(Air inlet shutter)(圖中未示),因此能夠引入固定體積的空氣,並藉由接近該氣口快門之環境監測感測器12進行偵測所引入之空氣中的各項數據,進而得出單位體積內的空氣污染程度。
如第2圖所示,該空氣品質數據映射方法之步驟為:(1)於至少一個飛行載具飛行過程中,進行收集該飛行載具周圍的空氣品質數據並回傳至一後台伺服設備201;(2)該飛行載具或/及該後台伺服設備能夠將偵測之空氣品質數據進行邊緣演算,並依據邊緣演算結果進行改變該飛行載具之飛行路徑,而該後台伺服設備能夠將該飛行載具改變之飛行路徑的座標數據建構出一立體矩陣202;(3)該飛行載具能夠持續依據改變之飛行路徑進行收集新的空氣品質數據並回傳至該後台伺服設備203;以及
(4)之後,該後台伺服設備更能夠將該立體矩陣、持續收集之空氣品質數據或/及透過空氣品質數據進行統計或轉換之資料顯示於一網頁地圖介面上204。
其中步驟201,於飛行載具起飛前,會先設定立體飛行巡航計畫,而起飛後則會根據傳回數據進行邊緣演算,以即時改變飛行載具飛行行為,其中即時改變飛行載具飛行行為主要是當連續偵測到多個超過空汙標準的數據時,飛行載具1或/及該後台伺服設備2依照高汙高的座標點進行運算,以得到不同高度、不同距離的多個座標點,來進行飛行計畫更新,以引導飛行載具1執行新的飛行計劃;舉例說明,當無人機飛行到某工廠上空,當連續偵測到5組數據超過PM2.5/PM1.0安全值(35.4微克/米3)的時候,該後台伺服設備2(或是該飛行載具1之微控制器11)將現在的座標點交由內建演算法進行運算,以得到六個不同高度,每個高度相距1公尺,每個平面六個矩形,每個矩形相距2公尺的多個座標點,並由這些座標點建立新的飛行計劃,進而引導飛行載具1飛行,得到該立體矩陣內的空氣品質數據。
如第3A~3B圖所示,所運算出來的立體矩陣及座標點更能夠顯示於現在的座標點的網頁地圖介面上,以顯示於一與該後台伺服設備2連接或連線之螢幕5上,而該後台伺服設備2能夠將收到的資料做解析,將各數據依照預設好的顯示樣態(外部環境數據、空氣品質數據或/及透過空氣品質數據進行統計或轉換之資料)展示於網頁地圖框架的介面上(如google map或百度地圖);舉例說明,如第3C圖所示,數據部分如PM2.5/PM1.0會根據美國NEA對PM2.5/PM1.0濃度的對應顏色顯示,大氣壓力數據會與原本地面的大氣壓力經過每上升9公尺,大氣壓降低100Pa的公式用於換算海拔高度,而其餘環境數
據會以統計圖表呈現(如雷達圖每個角落會展示各空氣品質數值),且隨著數據的增加,介面上的數據圖示也能持續增加。
另外,該後台伺服設備2得到立體矩陣中的空氣品質數據後,更能夠進行向量演算,並結合空氣品質模式(如在一般工業區屬於一般地形,故會採用BLP空氣品質模式),以進行判斷污染源飄來方向,得到方向後,飛行載具1飛往該方向搜集數據,到達濃度最高區域時,將現在的座標點交由內建演算法進行運算,同平面,同飛行高度六個矩形,每個矩形相距2公尺的多個座標點,並由這些座標點建立新的飛行計劃,進而引導飛行載具1飛行,搜集空氣品質數據並進行照片及熱像儀拍攝,若為夜間則進行紅外線照片拍攝。
另外,該後台伺服設備2能夠將蒐集到的數據進行儲存,並再透過資料來訓練深度學習模型,以達到判斷與預測的目的,因此當得到立體矩陣中的空氣品質數據及搜尋污染結果後,能夠進行類神經網路訓練,進而可預測污染源位置、污染源型態;舉例說明,當發現NO2與SO2較高時,類神經網路判斷是製造化學肥料的工廠造成的污染,經過外部資料伺服設備4查詢工廠目錄,找出附近化學肥料工廠位置,將其座標點傳回給該後台伺服設備2,再由該後台伺服設備2控制飛行載具1前往該地區做數據搜集與拍照動作,如此將能夠減少飛行載具1搜尋污染源時的面積、並進而減少飛行載具1的電池損耗,以增加搜尋效率。
本發明所提供之應用飛行載具之空氣品質數據映射系統及其方法,與其他習用技術相互比較時,其優點如下:
(1)本發明能夠搭配飛行載具進行區域性偵測空汙狀態,並能夠結合網頁地圖介面(例如google map或百度地圖)進行顯示某一地區區域的空汙數
據。
(2)本發明能夠針對特殊區域進行有效的監測,並能夠將資訊視覺化以讓使用者能夠清晰了解該區域的空汙情況。
(3)本發明由於能夠搭配空氣幫浦裝置使用,因此能夠降低進氣端周遭環境(例如氣壓、氣流及溫度等不同環境因素)所造成的影響,另外該空氣幫浦裝置亦能夠透過增加進口端空氣對流,來使得收集氣體因口徑大小、方向對應等等之限制所產生的不均勻度降低。
本發明已透過上述之實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟悉此一技術領域具有通常知識者,在瞭解本發明前述的技術特徵及實施例,並在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之請求項所界定者為準。
1:飛行載具
2:後台伺服設備
3:外部環境伺服設備
4:外部資料伺服設備
Claims (10)
- 一種應用飛行載具之空氣品質數據映射系統,係包含:至少一個飛行載具,係包含:一微控制器,係能夠依據一個以上的座標數據進行改變該飛行載具之飛行路徑,以使該飛行載具能夠於一立體空間範圍內進行飛行;至少一個環境監測感測器,係與該微控制器電性連接,而該環境監測感測器用以監測所有座標數據的空氣品質數據;一網路連線單元,係與該微控制器電性連接,而該網路連線單元係用以透過一網路連線方式進行資料傳輸,以將該飛行載具之飛行路徑所收集的空氣品質數據傳送出去;一後台伺服設備,係能夠與該飛行載具連線,而該後台伺服設備係包含:一資料傳輸單元,用以接收該飛行載具所偵測之空氣品質數據;一矩陣建構單元,係與該資料傳輸單元相連接,用以將該飛行載具改變之飛行路徑的座標數據建構出一立體矩陣,並透過該飛行載具取得該立體矩陣範圍內之座標數據的空氣品質數據;一網頁地圖框架擷取單元,係與該資料傳輸單元相連接,用以於一外部地圖網頁中將該飛行載具之飛行路徑相關的網頁地圖介面擷取出來;以及一資訊視覺化設定單元,係與該資料傳輸單元、該矩陣建構單元及該網頁地圖框架擷取單元相連接,用以將該立體矩陣、空氣品質數據或/及透過空氣品質數據進行統計或轉換之資料該顯示於該網頁地圖介面上,而該資訊視覺化設定單元更能夠於該網頁地圖介面上顯示由至少一個外部環境伺服設備所取得之外部環境數據; 一污染源預測單元,係與該資料傳輸單元相連接,而該污染源預測單元更與一外部資料伺服設備相連接,且該污染源預測單元能夠透過空氣品質數據進行類神經網路訓練,並進一步預測污染源位置及污染源型態;其中該飛行載具偵測之空氣品質數據中具有較高的空汙指數時,該飛行載具之微控制器能夠依據較高的空汙指數之座標進行邊緣演算以建構出一立體矩陣,並依據邊緣演算結果進行改變該飛行載具之飛行路徑,以使該飛行載具能夠於該立體矩陣範圍內飛行並收集空氣品質數據,並再依據收集之空氣品質數據進行邊緣演算,用以使該飛行載具能夠持續依據邊緣演算後改變之飛行路徑飛往污染源方向,以進行收集新的空氣品質數據並回傳至該後台伺服設備。
- 如請求項1所述之應用飛行載具之空氣品質數據映射系統,其中該環境監測感測器所偵測之空氣品質數據係為O3、CO、SO2、NO2、PM2.5、PM1.0、PM10、溫度、濕度或/及大氣壓力。
- 如請求項1所述之應用飛行載具之空氣品質數據映射系統,其中該網路連線方式係為行動網路連線、藍芽連線或/及WIFI連線。
- 如請求項1所述之應用飛行載具之空氣品質數據映射系統,其中該矩陣建構單元所建構出之立體矩陣係包含多個單一矩形,其中每個單一虛擬矩形之間的相差距離與相差高度能夠為相同或不相同,且每一個單一矩形係代表每一個座標數據。
- 如請求項1所述之應用飛行載具之空氣品質數據映射系統,其中該資訊視覺化設定單元能夠即時更新該網頁地圖介面上所顯示之空氣品質數據或/及透過空氣品質數據進行統計或轉換之資料。
- 如請求項1所述之應用飛行載具之空氣品質數據映射系統,該飛行載具更包含有一與該微控制器電性連接之空氣幫浦裝置,而該空氣幫浦裝置能夠引入固定體積的空氣,並藉由該環境監測感測器進行偵測所引入之空氣中的各項數據,進而得出單位體積內的空氣污染程度。
- 一種應用飛行載具之空氣品質數據映射方法,其步驟為:於至少一個飛行載具飛行過程中,進行收集該飛行載具周圍的空氣品質數據並回傳至一後台伺服設備;該飛行載具能夠將偵測之空氣品質數據進行邊緣演算,並依據邊緣演算結果進行改變該飛行載具之飛行路徑,而該飛行載具能夠將該飛行載具改變之飛行路徑的座標數據建構出一立體矩陣;該飛行載具能夠持續依據邊緣演算後所改變之飛行路徑進行收集新的空氣品質數據並回傳至該後台伺服設備;以及之後,該後台伺服設備更能夠將該立體矩陣、持續收集之空氣品質數據或/及透過空氣品質數據進行統計或轉換之資料顯示於一網頁地圖介面上,其中該網頁地圖介面上更能夠顯示由至少一個外部環境伺服設備所取得之外部環境數據,且更能夠透過與一外部資料伺服設備相連接,用以能夠透過空氣品質數據進行類神經網路訓練,並進一步預測污染源位置及污染源型態;另外於該飛行載具偵測之空氣品質數據中具有較高的空汙指數時,該飛行載具之微控制器能夠依據較高的空汙指數之座標進行邊緣演算以建構出一立體矩陣,並依據邊緣演算結果進行改變該飛行載具之飛行路徑,以使該飛行載具能夠於該立體矩陣範圍內飛行並收集空氣品質數據,並再依據收集之空氣品質數據進 行邊緣演算,用以使該飛行載具能夠持續依據邊緣演算後改變之飛行路徑飛往污染源方向,以進行收集新的空氣品質數據並回傳至該後台伺服設備。
- 如請求項7所述之應用飛行載具之空氣品質數據映射方法,其中該環境監測感測器所偵測之空氣品質數據係為O3、CO、SO2、NO2、PM2.5、PM1.0、PM10、溫度、濕度或/及大氣壓力。
- 如請求項7所述之應用飛行載具之空氣品質數據映射方法,該後台伺服設備更能夠透過空氣品質數據進行類神經網路訓練,並進一步預測污染源位置及污染源型態。
- 如請求項7所述之應用飛行載具之空氣品質數據映射方法,其中該後台伺服設備能夠即時更新該網頁地圖介面上所顯示之空氣品質數據或/及透過空氣品質數據進行統計或轉換之資料。
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